系统工程学(第三章)课件

第三章结构模型化技术第一节结构模型第二节解释结构模型法第三节案例分析1第三章结构模型化技术第一节结构模型1第一节结构模型结构模型是表明系统各要素间相互关系的宏观模型。2第一节结构模型结构模型是表明系统各要素间相互关系的宏观模型结构模型的基本性质结构模型是一种几何模型;结构模型是一种以定性分析为主的模型;结构模型还可以用矩阵形式来描述，使定性分析与定量分析相结合；结构模型介于数学模型与逻辑分析之间。3结构模型的基本性质结构模型是一种几何模型;3结构模型化技术是指建立结构模型的方法论。采用结构模型化技术的依据系统结构关系分解协调思想结构模型化技术4结构模型化技术是指建立结构模型的方法论。结构模型化技术4几种典型的系统模型ISM（InterpretativeStructuralModeling）SS（StateSpace）SD（SystemDynamics）CA（ConflictAnalysis）新进展——软计算或“拟人”方法（人工神经网络、遗传算法等）；新型网络技术（Petri网等）；……5几种典型的系统模型ISM（InterpretativeSt第二节解释结构模型法ISM使美国J.华费尔特教授于1973年作为分析复杂的社会经济系统有关问题的一种方法而开发的。特点是把复杂的系统分解为若干个子系统（要素），利用经验和知识以及计算机的帮助，最终将系统构造成一个多级递阶的结构模型。ISM属于概念模型。6第二节解释结构模型法ISM使美国J.华费尔特教授于1973

图的有关基本概念有向连接图回路环树关联树7

图的有关基本概念有向连接图7邻接矩阵对于有n

个要素的系统（P1，P2，……Pn），定义邻接矩阵A如：

邻接矩阵与有向图间有着一一对应的关系，即从邻接矩阵可画出唯一的有向图；反之，根据有向图可写出唯一的邻接矩阵。aij=1，当线段从Pi向着Pj（即Pi对Pj有影响时）0，否则为零8邻接矩阵对于有n个要素的系统（P1，P2，……Pn），定义邻接矩阵的特性全零的行所对应的点为汇点（没有线段离开该点），即系统的输出要素；全零的列所对应的点为源点（没有线段进入该点），即系统的输入要素；对应于每点的行中1的数目就是离开该点的线段数；对应于每点的列中1的数目就是进入该点的线段数。邻接矩阵表示了系统的各要素间的直接关系。若该矩阵中第i行第j列的元素为1，则表明从点Pi到Pj有一长度为1的通路。也可以说，从点Pi可以到达点Pj。实际上，邻接矩阵描述了各点间通过长度为1的通路相互可以到达的情况。9邻接矩阵的特性全零的行所对应的点为汇点（没有线段离开该点），邻接矩阵运算可得到有关系统的更多的信息。若在上述矩阵A上加一单位矩阵I，即得：A+I。它描述了各点间经长度为0和1（不大于1）的路的可达情况。(A+I)2描述了各点间经长度不大于2的路的可达情况。这里所做的加法和乘法运算均为布尔运算，即1+1=1，1+0=0+1=1，1×1=1，1×0=0×1=0，依次类推，得到：

(A+I)r-2≠(A+I)r-1=(A+I)r=M,r≤n-1

10邻接矩阵运算可得到有关系统的更多的信息。10可达矩阵可达矩阵（M）表明各点间经长度不大于n–1的通路的可达情况。对于点数为n的图，最长的通路不能超过n–1。转移特性，即若Pi可达Pj（Pi有一条路至Pj），Pj可达Pk（Pj有一条路至Pk），则Pi必可达Pk。这一特性在建立可达矩阵时要用到。11可达矩阵可达矩阵（M）表明各点间经长度不大于n–1的通路的可

可达矩阵的直接建立求可达矩阵是建立结构模型的第一步。对于有n个要素的系统，必须知道n（n–1）个矩阵元素，即对n（n–1）个元素成对地加以检查才能完全决定可达矩阵。但是，利用可达矩阵的转移特性，由推断方法可以更有效地决定可达矩阵。这种方法特别适合于由计算机产生可达矩阵。12可达矩阵的直接建立求可达矩阵是建立结构模型的第一步。对于按推移特性建立可达矩阵关键要素选择集的划分可达矩阵的推断13按推移特性建立可达矩阵关键要素选择13关键要素的选择确定要素集之间的关联选择承上启下的要素（有输出、输入）14关键要素的选择确定要素集之间的关联14集的划分没有回路的上位集A(S)有回路的上位集B(S)无关集C(S)下位集D(S)15集的划分没有回路的上位集A(S)15要素集之间的关系图B(S)A(S)D(S)C(S)s16要素集之间的关系图B(S)A(S)D(S)C(S)s16求取可达矩阵以后，可由可达矩阵寻求系统结构模型。为此需要对可达矩阵给出的各单元间的关系加以划分。1．关系划分

这种划分把所有各单元分成可达关系与不可达关系两大类。上位集（可达集）先行集共同集划分17求取可达矩阵以后，可由可达矩阵寻求系统结构模型。为此需要对可2．区域划分

将系统分成若干个相互独立的、没有直接或间接影响的子系统。这种划分对于单元很多的系统来说，可以把系统分成若干子系统来研究，特别是在用计算机辅助设计时，这种划分会带来许多方便。

182．区域划分

将系统分成若干个相互独立的、没有直接或间接影响3．级别划分

级别划分是在每一区域里进行的。

4．是否强连接单元的划分

将各级上的单元分成两类：一类是孤立单元类；另一类是强连接单元类。5．强连接子集的划分这里的划分是要把具有强连接的子集（回路）划分出来。193．级别划分

级别划分是在每一区域里进行的。19ISM的建立过程区域划分级位划分强连接要素缩减去掉自身关系（块三角）（区域块三角）（区域下三角）MM(P)M(L)M`(L)A`D(A`)绘图20ISM的建立过程区域划分级位划分强连接要素去掉自身关系（块三ISM实用化方法原理图设定问题、形成意识模型找出影响要素要素关系分析（关系图）建立可达矩阵(M)和缩减矩阵（M/）矩阵层次化处理(ML/)绘制多级递阶有向图建立解释结构模型分析报告比较/F学习初步分析规范分析综合分析21ISM实用化方法原理图设定问题、形成意识模型找出要素关系分析ISM的缺陷从理论角度看，最大的问题是推移律的假定，省略了反馈回路；各要素间的逻辑关系在一定程度上要依赖人们的经验。22ISM的缺陷从理论角度看，最大的问题是推移律的假定，省略了反第三节案例分析案例一：人口系统案例二：“八讲”23第三节案例分析案例一：人口系统23案例一：人口系统一个人口系统影响总人口增长问题的解释结构模型

系统要素：总人口、出生率、死亡率、生育能力、政策、期望寿命、医疗保健水平、收入水平、环境污染等24案例一：人口系统一个人口系统影响总人口增长问题的解释结构模型总人口出生率死亡率国民生育能力计划生育政策期望寿命国民思想风俗医疗保健水平食物营养国民收入环境污染程度国民素质解释结构模型25总人口出生率死亡率国民生育能力计划生育政策期望寿命国民思想风作业1、解释结构模型法是定量技术吗？为什么？2、利用解释结构模型法进行分析。建立可达矩阵，并建立解释结构模型。26作业1、解释结构模型法是定量技术吗？为什么？26思考针对学生逃课问题，运用解释结构模型法找出影响因素并确定它们之间的关系。27思考针对学生逃课问题，运用解释结构模型法找出影响因素并确定它第三章结构模型化技术第一节结构模型第二节解释结构模型法第三节案例分析28第三章结构模型化技术第一节结构模型1第一节结构模型结构模型是表明系统各要素间相互关系的宏观模型。29第一节结构模型结构模型是表明系统各要素间相互关系的宏观模型结构模型的基本性质结构模型是一种几何模型;结构模型是一种以定性分析为主的模型;结构模型还可以用矩阵形式来描述，使定性分析与定量分析相结合；结构模型介于数学模型与逻辑分析之间。30结构模型的基本性质结构模型是一种几何模型;3结构模型化技术是指建立结构模型的方法论。采用结构模型化技术的依据系统结构关系分解协调思想结构模型化技术31结构模型化技术是指建立结构模型的方法论。结构模型化技术4几种典型的系统模型ISM（InterpretativeStructuralModeling）SS（StateSpace）SD（SystemDynamics）CA（ConflictAnalysis）新进展——软计算或“拟人”方法（人工神经网络、遗传算法等）；新型网络技术（Petri网等）；……32几种典型的系统模型ISM（InterpretativeSt第二节解释结构模型法ISM使美国J.华费尔特教授于1973年作为分析复杂的社会经济系统有关问题的一种方法而开发的。特点是把复杂的系统分解为若干个子系统（要素），利用经验和知识以及计算机的帮助，最终将系统构造成一个多级递阶的结构模型。ISM属于概念模型。33第二节解释结构模型法ISM使美国J.华费尔特教授于1973

图的有关基本概念有向连接图回路环树关联树34

图的有关基本概念有向连接图7邻接矩阵对于有n

个要素的系统（P1，P2，……Pn），定义邻接矩阵A如：

邻接矩阵与有向图间有着一一对应的关系，即从邻接矩阵可画出唯一的有向图；反之，根据有向图可写出唯一的邻接矩阵。aij=1，当线段从Pi向着Pj（即Pi对Pj有影响时）0，否则为零35邻接矩阵对于有n个要素的系统（P1，P2，……Pn），定义邻接矩阵的特性全零的行所对应的点为汇点（没有线段离开该点），即系统的输出要素；全零的列所对应的点为源点（没有线段进入该点），即系统的输入要素；对应于每点的行中1的数目就是离开该点的线段数；对应于每点的列中1的数目就是进入该点的线段数。邻接矩阵表示了系统的各要素间的直接关系。若该矩阵中第i行第j列的元素为1，则表明从点Pi到Pj有一长度为1的通路。也可以说，从点Pi可以到达点Pj。实际上，邻接矩阵描述了各点间通过长度为1的通路相互可以到达的情况。36邻接矩阵的特性全零的行所对应的点为汇点（没有线段离开该点），邻接矩阵运算可得到有关系统的更多的信息。若在上述矩阵A上加一单位矩阵I，即得：A+I。它描述了各点间经长度为0和1（不大于1）的路的可达情况。(A+I)2描述了各点间经长度不大于2的路的可达情况。这里所做的加法和乘法运算均为布尔运算，即1+1=1，1+0=0+1=1，1×1=1，1×0=0×1=0，依次类推，得到：

(A+I)r-2≠(A+I)r-1=(A+I)r=M,r≤n-1

37邻接矩阵运算可得到有关系统的更多的信息。10可达矩阵可达矩阵（M）表明各点间经长度不大于n–1的通路的可达情况。对于点数为n的图，最长的通路不能超过n–1。转移特性，即若Pi可达Pj（Pi有一条路至Pj），Pj可达Pk（Pj有一条路至Pk），则Pi必可达Pk。这一特性在建立可达矩阵时要用到。38可达矩阵可达矩阵（M）表明各点间经长度不大于n–1的通路的可

可达矩阵的直接建立求可达矩阵是建立结构模型的第一步。对于有n个要素的系统，必须知道n（n–1）个矩阵元素，即对n（n–1）个元素成对地加以检查才能完全决定可达矩阵。但是，利用可达矩阵的转移特性，由推断方法可以更有效地决定可达矩阵。这种方法特别适合于由计算机产生可达矩阵。39可达矩阵的直接建立求可达矩阵是建立结构模型的第一步。对于按推移特性建立可达矩阵关键要素选择集的划分可达矩阵的推断40按推移特性建立可达矩阵关键要素选择13关键要素的选择确定要素集之间的关联选择承上启下的要素（有输出、输入）41关键要素的选择确定要素集之间的关联14集的划分没有回路的上位集A(S)有回路的上位集B(S)无关集C(S)下位集D(S)42集的划分没有回路的上位集A(S)15要素集之间的关系图B(S)A(S)D(S)C(S)s43要素集之间的关系图B(S)A(S)D(S)C(S)s16求取可达矩阵以后，可由可达矩阵寻求系统结构模型。为此需要对可达矩阵给出的各单元间的关系加以划分。1．关系划分

这种划分把所有各单元分成可达关系与不可达关系两大类。上位集（可达集）先行集共同集划分44求取可达矩阵以后，可由可达矩阵寻求系统结构模型。为此需要对可2．区域划分

将系统分成若干个相互独立的、没有直接或间接影响的子系统。这种划分对于单元很多的系统来说，可以把系统分成若干子系统来研究，特别是在用计算机辅助设计时，这种划分会带来许多方便。

452．区域划分

将系统分成若干个相互独立的、没有直接或间接影响3．级别划分

级别划分是在每一区域里进行的。

4．是否强连接单元的划分

将各级上的单元分成两类：一类是孤立单元类；另一类是强连接单元类。5．强连接子集的划分这里的划分是要把具有强连接的子集（回路）划分出来。463．级别划分

级别划分是在每一区域里进行的。19ISM的建立过程区域划分级位划分强连接要素缩减去掉自身关系（块三角）（区域块三角）（区域下三角）MM(P)M(L)M`(L)A`D(A`)绘图47ISM的建立过程区域划分级位划分强连接要素去掉自身关系（块三ISM实用化方法原理图